农村骨干坝安全工程可行性研究报告完美版.docx

1、农村骨干坝安全工程可行性研究报告完美版农村骨干坝安全工程可行性研究报告(此文档为word格式，可任意修改编辑！）1 概况11基本情况某某1#骨干坝位于某某县北部某某乡境内某某的主沟内，大坝控制流域面积6.34km2,属黄土丘陵沟壑区中的土石山区，主要地貌类型为梁、坡、峁、沟，地形支离破碎、沟壑纵横，水土流失严重，年平均侵蚀模数为8000t/km2.a。坝址两岸坡土层较厚，为粉状壤土，含有少量砾石；沟底基岩裸露，多为玄武岩。取土场分布在大坝右岸，土壤相对湿度适中，颗粒级配均匀，符合筑坝土料标准。12区域社会经济情况某某1#骨干坝坝控范围全部在某某范围内，该区域内共有村庄6个，人口780人，耕地4

2、858亩，人均耕地6.2亩，粮食产量388640kg，平均亩产80 kg，人均粮食498kg，人均收入697元，经济相对落后。尤其是近几年连续遭灾，当地群众的生产、生活十分困难，广种薄收，靠天吃饭的局面一直没有大的改变。13区域综合治理现状及规划情况某某是某某小流域的一部分，流域面积11.21km2,其中耕地面积324 hm2,占总面积的28.9%；林地面积272 hm2, 占总面积的24.3%；人工种草40 hm2, 占总面积的3.6%；非生产用地40 hm2, 占总面积的3.6%；荒地444 hm2, 占总面积的39.6%。小流域内耕地已全部承包到户，并发放土地承包使用证书。从流域的治理现

3、状来看，农林牧各业用地比例极不协调，人均耕地达10亩左右，基本农田仅占1/10，农业生产仍是广种薄收、靠天吃饭。从人口密度看，地广人稀，人均土地达2.04 hm2,土地利用率低下，荒地占到总面积的39.6%，亟待开发利用。为改变目前状况，提高土地利用率，增产增收，拟在某某片修建骨干坝2座，中型坝3座及一些小坝。工程建成后，可有效地遏制水土流失，改善基础的生存条件，达到保水保土，改变生态环境，提高人民生活质量的目的。14兴建该工程的目的和作用某某1#骨干坝的兴建可有效拦截区域内的洪水泥沙、消减洪峰、稳定河床、防止沟壑侵蚀、抬高侵蚀基点，提高某某小流域坝系的防洪能力，减少下游水毁灾害。淤成的坝地可

4、促进坡耕地退耕还林还草，同时结合流域坡面治理工程，可有效改善区域生存环境。该坝的建成蓄水可解决人畜饮水困难，发展灌溉，对推动当地农业的发展具有重要作用。15地形资料及建筑材料本工程设计前对坝址地形进行了实测，从实测的1：500坝址地形图可以判知：右岸高差大，为26.84m，坡势较缓；左岸高差小，为19.22m，坡势较陡。取土场可设于坝址的右岸，最大运土距离为200m。某某1#骨干坝的主要材料为：上坝土方、石料、沙子、水泥、钢材、木材。土料分布在坝址的右岸，岸坡土层厚，为壤土，储量充足，可以满足筑坝要求，平均运土距离为80m。块石在距坝35km的料场购买，料源充足，石质良好，用汽车运输，购买价6

5、0元/方。沙子可从距坝址35km的砂场购买，质量和料源均可满足工程所需，运输工具为汽车，购买价为35元/方。水泥选用32.5#普通硅酸盐水泥，钢筋选用级钢，木材选用松木板材，均可从距坝址约32km的县城购买，运输工具为汽车，购买价分别为水泥280元/吨，钢筋3600元/吨，木材1150元/方。16水文及气象资料该流域内没有水文、气象测报站，其水文气象资料来源于某某县气象局提供的有关数据。多年平均气温3.6，年平均无霜期104天。沟道内无泉水出露，无径流形成。该流域属大陆性半干旱季风型气候，冬长夏短，其特点为干旱。据某某县气象站观测记载， 多年平均降水量414mm，最大年降水量662mm，最小年

6、降水量115.5mm，降水在年内变化较大，汛期69月份降雨量占到年降雨量的77.2%，易形成短历时洪水，并含有大量泥砂。最大24小时暴雨值55mm，年平均侵蚀模数8000t/km2.a。2 水文计算21设计依据及设计标准2.1.1设计依据:水土保持综合治理 技术规范 沟壑治理技术（GB/T16453.31996），（以下简称为国标）。水土保持治沟骨干工程技术规范（SL2892003），（以下简称为部颁规范）。山西省企业标准淤地坝工程技术规范（晋Q 83485），（以下简称为省规范）。水工混凝土结构设计规范（SL/T191-96）。黄土高原地区水土保持淤地坝工程初步设计要求水利水电工程制图标准

7、水土保持图（SL73.6-2001）。实测1：500坝址地形图和1：10000地形图及流域现状调查资料。2.1.2设计标准：该坝库容大约在100万方以上，洪水设计标准选用30年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核，淤积年限20年。22水文计算221设计暴雨量计算采用省规范公式H24p=KpH24式中：H24p频率为p的24小时暴雨量 （mm）；Kp频率为P的皮型曲线模比系数；H24最大24小时暴雨均值 （mm）。查省规范表D-4得：H24=55mm CV=0.55 CS=3.5CV根据以上数据查省规范表D3得K3%=2.43 K0.33%=3.55 将数据代入公式计算得：H243%=2.4355

8、mm=133.65mmH240.33%=3.5555mm=195.25mm2 2 2设计洪峰流量计算采用省规范公式： Qp=C1 H24p F2/3式中：Qp频率为P的洪峰流量 （m3/s）；C1洪峰地理参数，查省规范表3-1取C1=0.18；F骨干坝控制流域面积，F=6.34 km2 其它符号同前。将数据代入公式计算得：Q3%=0.18133.65 6.342/3=82.41m3/sQ0.33%=0.18195.256.342/3=120.39m3/s2 23设计洪水总量计算采用省规范公式： Wp=K Rp F式中：Wp频率为P的设计洪水总量 （万m3）；K小面积洪水折减系数， 查省规范表3

9、-2取K=0.8；Rp设计暴雨的一次洪水模数 （万m3/km2）；由设计暴雨查省规范表D-5得：R3%=4.36万m3/km2 R0.33%=9.37万m3/km2其它符号意义同前。将数据代入公式计算得： W3%=22.11万m3 W0.33%=47.52万m3224 年来沙量计算采用省规范公式： VS=（1-KS） S F式中：VS年来沙量 （万m3）；S年均侵蚀模数 S=8000t/km2.aKS坡面措施年均拦沙率，根据上游治理情况取KS=0；VS=1.08000/1.35 6.34 =3.76万m3V拦=3.7620=75.20 万m3水文计算成果汇总如下表：控制面积暴雨mm洪峰(m3/

10、s)洪量(万m3)淤积量(万m3)Km2H3%H0.33%Q3%Q0.33%W3%W0.33%年限总量6.34133.65195.2582.41120.3922.1147.522075.203 工程设计31枢纽组成通过实地勘测、调查坝址处地形、地质情况，经多方案比较，确定某某1#骨干坝的枢纽组成为：大坝和放水建筑物（卧管、涵洞）两大件，不设溢洪道，放水建筑物布设在大坝右岸。坝址附近有适宜的壤土，其储量足以满足填筑坝体的需要，沟内无常流水，坝型选择均质碾压土坝。32土坝设计3.2.1筑坝土料设计筑坝土料的平均运距为80m，土质为壤土，其有机质含量小于2%，水溶盐含量小于5%，理化性质均能满足碾压

11、土坝对土质的要求。施工时土料的最优含水量应控制在1220%之间，坝体干容重达到1.55t/m3。3.2.2坝高库容面积曲线绘制根据1：10000库区地形图，首先量出各层等高线包围面积，然后计算各层间库容及累计库容，得到下表数据，最后绘出坝高库容面积曲线。曲线的绘制要结合实测坝址地形图确定，沟底相对高程为991m，详见附图。坝高-库容-面积库容曲线计算表高程（m）高差面积（万m2）平均面积(万m2)体积 （万m2）累积体积（万m2）991041.25559952.54416219995.546.7527481003828.617.265.210059.229.619.284.4100710210

12、.420.8105.2100910.8211.222.4127.6101111.6211.9523.9151.5101312.33.2.3坝高计算采用公式 H=h拦+h滞+h安式中：H总坝高 （m）；h拦拦泥坝高 （m）；h滞滞洪坝高 （m）；h安安全超高 （m）。由V拦= 75.20万m3,查曲线图得h拦=15.06m，相应拦泥高程为1006.06 m，淤地面积7.52hm2。设计情况下：V滞3%=22.11万m3，V拦+ V滞=75.2+22.11=97.31万m3，查曲线得h拦+ h滞= 17.24m，相应设计洪水位高程为1008.24m，h滞3%=2.18m。校核情况下：V滞0.33%

13、=47.52万m3，V拦+ V滞=75.2+47.52=122.72万m3，查曲线h拦+ h滞=19.58m，相应校核洪水位高程为1010.58m, h滞0.33%=4.52m。查水土保持治沟骨干工程技术规范（SL2892003）表4.1.4-1,取安全超高h=1.5m，则：H设= 17.24+1.5=18.74mH校=19.58+1.5=21.08m取坝高为21.1m，相应坝顶高程1012.1m。3.2.4施工渡汛期拦洪坝高计算为保证大坝施工期安全渡汛，需计算汛期拦洪坝高。坝体在汛期前必须达到二十年一遇洪水重现期防洪渡汛高程。经计算，该骨干坝二十年一遇设计标准下洪水总量为W5%=0.86.3

14、43.13=15.88万m3，卧管第一台阶放水孔高程以下死库容为1.30万m3，则总库容17.18万m3，查H-V-F曲线知，相应坝顶高程为998.30m，取安全超高1.5m，则相应坝顶高程为999.8 m。3.2.5坝体断面尺寸确定 坝顶宽度坝顶有交通要求,坝高在 10m以上，考虑交通要求，取坝顶宽B=4m。 坝坡根据坝高、筑坝土料土质，并参考已成工程经验数据确定：上游坝坡1：2.5、1：2.0；下游坝坡1:2、1：1.5，并在上、下游坝坡设置马道,马道宽2.0m。 坝坡排水为防止暴雨冲刷坝面，在下游马道内侧设横向排水沟，在坝体与岸坡结合处设纵向排水沟，纵横排水沟相互连通，将水流送出坝脚以外

15、。为防止坝肩两岸排水汇流坝顶形成洞穴，虑及坝体安全，必须设置坝肩排水沟，与纵问排水沟相连。排水沟为矩形断面，马道排水沟断面20cm20cm（宽深），坝肩及岸坡排水沟尺寸为20cm20cm（宽深），边墙、底板厚均为20cm，用M7.5水泥砂浆浆砌块石砌筑，M10水泥砂浆勾缝。 坝基、岸坡、结合槽处理坝体填筑前，必须对坝基和岸坡进行处理，清基范围应超出坝的坡脚线0.5m，清基平均深度20cm。凡在清基范围内的地面表土、乱石、草皮、树木、腐殖质等均要清除干净，不得留在坝内做回填土用。与坝体相连的岸坡应开挖成平顺的正坡，土质岸坡不陡于1:1.5，岩石岸坡不陡于1:0.75。为增加坝体稳定性，防止土坝与

16、沟底结合面上透水，沿坝轴线方向从沟底到岸坡开挖一道梯形断面结合槽。结合槽底宽1m，深1m，边坡比1：1。 坝体防渗稳定处理为有效排出渗流，降低坝体浸润线，防止下游坝脚遭受尾水淘刷，增加下游坝坡稳定性，在下游坝脚设棱体式反滤排水，查省规范表D6，结合下游坝设计情况，取反滤体高2.8 m，顶宽1.5m，底宽9.2 m，外坡1:1.5，内坡1:1.25，粗砂层厚0.2m，碎石层厚0.2m，反滤体每米用料，块石13.5m3，碎石2.6m3,砂子2.7m3。6 坝体施工要求沿坝轴线方向分层均匀铺土，用履带拖拉机碾压，压迹重叠1020cm，每层铺土厚度不超30cm，压实后测25cm，坝肩人工夯实。大坝回填

17、整体土干容重平均达到1.55t/m3，每层铺土前应对碾压表面刨毛、洒水。33放水建筑物设计放水建设物的组成：大坝放水建筑物由放水卧管、输水涵洞及出口三部分组成，放水卧管布设在大坝上游右岸原坡开挖基础上，涵洞及出口段布设在大坝右岸坚实地基上。3.3.1卧管设计卧管采用箱式方型结构，底坡1：2，用M7.5浆砌块石砌成台阶状，用M10水泥砂浆抹面。卧管台阶高0.4 m，盖板采用C20钢筋混凝土预制板。 放水流量的确定根据黄土高原地区水土保持淤地坝工程初步设计要求，骨干坝按5天放完一次设计洪水总量计算放水量： Q放= 22.11*10000/（5*86400）=0.51 m3/s根据省规范对设计淤积年

18、限10年以上的骨干坝，10天内排完拦蓄库容的50%的水量计算放水量：Q放=0.5475200/864000=0.28 m3/s经上述两种方案计算比较，取大值0.51m3/s为设计放水流量。 放水孔径的计算卧管台阶高0.4m，每台设一孔，同时开启3孔放水，孔径计算公式为：d=0.68式中：d放水孔直径 （m）； H1、H2、H3分别为三孔的作用水头（m），其中：H1 =0.4m H2 =0.8m H3=1.2m；Q放设计放水流量Q= 0.51 m3/s将以上有关数值代入公式计算得：d=0.68 = 0.30m 卧管断面尺寸确定考虑在实际运用中，由于水位变化而导致的放水孔调节，卧管内流量比正常运用

19、时加大20%，故卧管断面设计时要按加大流量计算，取Q加=1.2Q放=1.20.51 =0.61m3/s。管内水流近似于明渠均匀流,水力计算求出正常水深。拟定卧管底宽为0.5m。采用Q加=WC公式式中：Q加卧管过水流量（m3/s），Q加=0.61 m3/s；b卧管断面底宽（m）， b=0.5m；W过水断面积 （m2）， W=bh0=0.5h0C谢才系数， C=（1/n）R1/6R水力半径， R=W/X， X为湿周 X= 0.5+2h0n糙率， n=0.023； i底坡 i=1/2将上述有关数值代入公式，求得卧管内正常水深为h0=0.18 m。为保证放水孔水流跌落卧管时，水柱的跃高不致淹没进水孔底

20、缘，使卧管内不形成压力流，对方形卧管，其高度应为卧管正常水深的倍，则卧管断面高为：H30.18= 0.54 m 取H0.6 m卧管断面尺寸确定为（宽高）0.5 m0.6 m。 卧管结构尺寸确定：依据规范并参考已成工程经验，取侧墙顶宽0.4m，侧墙底宽0.7m，基础外伸0.15 m，基础厚0.4 m，盖板搭接长度0.15m。卧管轴线与涵洞轴线夹角为80.4度，卧管斜长42.2m，沿底板从下至上每间格5m设一道断面为50cm50cm的齿墙，共8道，以增加其稳定性。卧管总高度18.4m，共46台，46个出水孔，46块盖板。为防放水时产生真空，在卧管顶部设通气孔，通气孔顶高程1010.98 m，最低放

21、水孔高程1010.98 m。 卧管未端消力池断面尺寸确定为使水流平顺入涵洞，在卧管未端与涵洞连接处设消力池，消力池为矩形断面，用7.5水泥砂浆浆砌块石砌筑，用10水泥砂浆抹面，盖板采用 20钢筋混凝土现浇板。、判断是否设消力池采用公式h2=式中：q单宽流量q=0.61/0.51.22 m3/s； h2第二共轭水深(m)；h0卧管正常水深 （m）， h0=0.18m；流速不均匀系数1.；g重力加速度 （m3/s）， g=9.81 m3/s。将上述有关数值代入公式得：h2=1.28 m下游涵洞正常水深hs=0.63 m（可从涵洞水力计算得知）， h2hs，故发生远离式水跃，需设消力池。、消力池断面

22、尺寸确定池深计算：采用公式 d= 1.1h2 - h 式中：d消力池深 (m)； h2消力池的跃后水深 （m）， h2=1.28 m；h紧接消力池出口的下游水深 （m），h0.63 m。将以上有关数值代入公式计算得：d=0.78m。 池长计算：采用公式 Lk= （35）h2 式中：Lk消力池长 (m)； h2消力池的跃后水深 （m）， h2=1.28 m；将以上有关数值代入公式计算得：Lk=（35）1.28=3.846.4m，取池长Lk=5.5 m。池宽计算：B=b+0.4=0.5+0.4=0.9m, 取池宽B = 0.9 m。根据以上计算可确定消力池断面尺寸为：长宽深=550cm90cm78

23、cm。、消力池结构尺寸确定依据水土保持治沟骨干工程技术规范,参照已成工程经验，确定消力池结构尺寸为：侧墙顶宽60cm，底宽145cm，基础外伸20cm，基础厚50cm，盖板搭接长度30cm。消力池底高程990.22m，盖板顶高程992.58m。 盖板配筋计算A、卧管盖板配筋计算卧管盖板采用钢筋砼预制板，盖板为80cm105cm，拟定盖板厚度为 15cm，砼强度等级为C20，相应的抗压强度f0=10N/mm2,钢筋采用热轧级钢，相应抗拉强度fy=210N/mm2。取钢筋砼容重r砼=2.5t/m3=25KN/m3，淤泥饱和容重r淤=2t/m3=20KN/m3，水容重r水=1t/m3=10KN/m3

24、,砼保护层25mm。盖板上淤泥厚度h淤=13.48m。盖板上水深h水=4.52m，跨度方向板长80cm，而盖板宽度方向则为105cm。盖板内力按简支板计算，每块盖板配筋量计算如下：1 均布荷载计算荷载标准值计算自重荷载 gk1=r砼b h =251.050.15=3.94KN/m 淤泥压力荷载 gk2=r淤b h淤=201.0513.48=283.1KN/m水压力荷载 gk3=r水b h水=101.054.52=47.46KN/m荷载设计值计算板自重荷载分项系数rG1=1.05，淤泥压力荷载分项系数rG2=1.2，水压力荷载分项系数rQ=1.0。g =rG1gK1+rG2gK2=1.053.9

25、4+1.2283.1=343.86KN/mq= rQgK3 =1.047.46=47.46KN/m板的计算跨度按下公式计算取最小值：L=L0+L=1.1L0式中：L0板的净跨m L0=0.5m 搭接长度m =0.15m将以下有关数据代入公式计算得：L= 0.5+0.15=0.65mL=1.10.5=0.55m 取L=0.55m跨中弯矩设计值采用公式：M=r0 (g+q)L2支座截面剪力设计值采用式：V=r0 (g+q)L0式中：r0结构重要性系数 r0=0.9 设计状况性系数 =1.0其它符号意义同前。将上述有关数值代入公式计算得：M=0.91.0391.320.552=13.32KNmV=0

26、.91.0391.320.5=88.05KN配筋计算a、采用公式M=fcasbh02 求asas=式中：as受拉钢筋合力点到受压区边缘的距离rd结构系数，rd =1.2M跨中弯矩，M=10.15KNm=10.15106Nmmf c砼抗压强度，fc =10N/mm2b板的宽度， b=1.05m=1050mma砼保护层厚度 a=25mmh0盖板有效厚度 h0=h-a=150-25=125mm将上述有关数值代入公式计算得：as=0.074b、根据as计算受压区相对相对高度采用公式：=1-将有关数值代入式得： =0.077。判断是否满足b条件，该工程采用热轧级钢， b =0.614。因=0.077b=

27、0.614，满足条件，说明不需要加大截面积尺寸或提高砼强度等级。c、计算钢筋截面面积As采用公式：As=bh0将相关数据代入As=0.0771050125=481.25mm2d、检验配筋率是否满足min条件设计卧管配筋级min =0.15%采用公式： = 将有关数值代入公式计算得：=0.077=0.4%min=0.15%e、选配合适的钢筋直径和根数查表每块盖板选用710的受力钢筋，分布筋选用58的钢筋。f、斜截面抗剪校核首先按以下公式验算截面尺寸是否满足因为 h/b4所以采用V0.25fcbh0进行计算：0.25fcbh0=295313NV=88050N说明截面尺寸满足要求。B、消力池盖板配筋

28、计算消力池采用C20钢筋砼预制盖板，盖板长1.5 m，盖板宽0.6 m，拟定盖板厚度为20cm。参用数据同卧管盖板数值相同，砼保护层25mm。盖板上淤泥厚度h淤=13.48m，盖板上水深h水=4.52m。盖板内力按简支板计算，每块盖板配筋量计算如下，步骤同卧管计算相同）。1 均布荷载计算gk1=250.60.20=3 KN/mgk2=200.613.48=161.76 KN/mgk3=100.64.52=27.12 KN/mg=1.05 gk1+1.2 gk2=1.053+1.2161.76=197.26 KN/mq=1.027.12=27.12 KN/m板的计算跨度按以下计算取最小值：L=L

29、0+a=0.9+0.3=1.20mL=1.1 L0=1.10.9=0.99m 取L=0.99m跨中弯矩设计值：M =r0 (g+q)L2=0.91.0224.380.992=24.74 KNm支座截面剪力设计值：V =r0 (g+q)L0=0.91.0224.380.9 =90.87 KN2 配筋计算as= =0.161=1-=0.18b=0.614满足条件，不需加大截面或提高砼强度等级。计算钢筋截面面积AsAs=bh0= 0.18600175=900 mm2 = =0.18=0.9%min=0.15%选配主筋 516，分布筋选用108的钢筋。抗剪校核因为4所以采用V0.25fcbh0进行计算：0.2510600175=218750NV=151500N说明截面